JP7071854B2 - Constant velocity universal joint - Google Patents
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本開示は回転駆動軸同士を接続する等速自在継手に関する。 The present disclosure relates to a constant velocity universal joint that connects rotary drive shafts to each other.
等速自在継手には、入力側のアウターレース又はインナーレースから出力側のインナーレースまたはアウターレースに複数のボールを介してトルクを伝達するものがある。かかる等速自在継手のアウターレース及びインナーレースには、前記ボールを収容する複数のトラック溝が形成される。前記トルクは、ボールとトラック溝との接点で伝達される。このため、ボールとトラック溝との接点には大きなトルク負荷がかかり易い。このトルク負荷による面圧は、等速自在継手の寿命を左右する。 Some universal joints transmit torque from the outer race or inner race on the input side to the inner race or outer race on the output side via a plurality of balls. A plurality of track grooves for accommodating the ball are formed in the outer race and the inner race of the constant velocity universal joint. The torque is transmitted at the contact point between the ball and the track groove. Therefore, a large torque load is likely to be applied to the contact point between the ball and the track groove. The surface pressure due to this torque load affects the life of the constant velocity universal joint.
特許文献1及び特許文献2は、前記面圧の低減を課題とするものであり、溝底部にゴシックアーチ状のゴシックアーチ部を形成する。これにより、ボールとトラック溝とを3点以上の複数点で多点接触させることができ、面圧を多数の接触点に分散させることができる。
ところで、図8に示すように、アウターレース4に回転駆動力が伝達された場合、アウターレース4はインナーレース5に対して捻れ方向に僅かに変位され、ボール6とトラック溝9、15との接点Pの中心PCが溝底側から溝幅方向に移動される。このとき、ボール6とトラック溝9、15との接点Pはトラック溝9、15の周方向に長い楕円形となる。この楕円形の接点Pの面積は、ボール6の半径とトラック溝9、15の半径との比に依存し、トラック溝9、15の半径がボール6の半径に近い程大きくなる。そして、接点Pの面積が大きい程、トルク負荷による面圧は低くなる。
By the way, as shown in FIG. 8, when the rotational driving force is transmitted to the
しかしながら、接点Pがゴシックアーチ部10、16の両側に形成される円弧部11、17からはみ出す場合、接点Pの面積は小さくなり、トルク負荷による面圧が高くなる。この場合、トルク負荷方向のトラック溝9、15の開口縁13、19近傍に接触応力が集中しやすいという課題がある。また、入力側と出力側で相対的に交角を有している場合、ボール6はトルク負荷を受けると同時に転動速度を持ち、1回転中のトルク変動により接点Pの面圧は一定ではない。このため、接触応力が集中するトラック溝9、15の開口縁13、19近傍にはフレーキングが発生し易く、等速自在継手の長寿命化を阻んでいる。
However, when the contact P protrudes from the
そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、トラック溝の開口縁近傍への応力集中を抑えることができる等速自在継手を提供することにある。 Therefore, the present disclosure has been devised in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a constant velocity universal joint capable of suppressing stress concentration in the vicinity of the opening edge of a track groove.
本開示の一の態様によれば、筒状に形成され軸方向に延びる外周側トラック溝が内周面に形成されたアウターレースと、前記アウターレース内に収容され軸方向に延びる内周側トラック溝が外周面に形成されたインナーレースと、前記内周側トラック溝内及び前記外周側トラック溝内に収容されるボールとを備えた等速自在継手であって、
前記内周側トラック溝及び前記外周側トラック溝の少なくともいずれか一方は、溝底部に断面ゴシックアーチ状に形成されるゴシックアーチ部と、前記ゴシックアーチ部の両側に断面円弧状に形成される円弧部とを備え、
前記ゴシックアーチ部は、ボール中心を中心とする溝底中心からの角度が20°以上35°以下の範囲内に形成され、
前記ゴシックアーチ部を構成する2つの円弧面の半径が、前記ボールの半径より0.1%以上0.3%以下大きく設定された
ことを特徴とする等速自在継手が提供される。
According to one aspect of the present disclosure, an outer race having a cylindrical shape and an outer peripheral side track groove extending in the axial direction formed on the inner peripheral surface, and an inner peripheral side track accommodated in the outer race and extending in the axial direction. A constant-velocity universal joint including an inner race having a groove formed on the outer peripheral surface and a ball accommodated in the inner peripheral side track groove and the outer peripheral side track groove.
At least one of the inner peripheral side track groove and the outer peripheral side track groove has a Gothic arch portion formed in a Gothic arch shape at the bottom of the groove and an arc formed in an arc shape on both sides of the Gothic arch portion. With a department,
The Gothic arch portion is formed within an angle of 20 ° or more and 35 ° or less from the center of the groove bottom centered on the center of the ball.
Provided is a constant velocity universal joint characterized in that the radii of the two arcuate surfaces constituting the Gothic arch portion are set to be 0.1% or more and 0.3% or less larger than the radius of the ball.
好ましくは、前記内周側トラック溝及び前記外周側トラック溝の両方が、前記ゴシックアーチ部と、前記円弧部とを備えるとよい。 Preferably, both the inner peripheral side track groove and the outer peripheral side track groove may include the Gothic arch portion and the arc portion.
好ましくは、前記円弧部の半径は、前記円弧面の半径より大きく形成されるとよい。 Preferably, the radius of the arc portion is formed to be larger than the radius of the arc surface.
好ましくは、前記インナーレースが前記アウターレースに対して軸方向及び径方向に僅かに移動可能に形成されるとよい。 Preferably, the inner race is formed so as to be slightly movable in the axial direction and the radial direction with respect to the outer race.
また、前記インナーレースが前記アウターレースに対して軸方向及び径方向に移動不能に形成されてもよい。 Further, the inner race may be formed so as not to be movable in the axial direction and the radial direction with respect to the outer race.
本開示によれば、トラック溝の開口縁近傍への応力集中を抑えることができる。 According to the present disclosure, stress concentration in the vicinity of the opening edge of the track groove can be suppressed.
以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本実施形態に係る等速自在継手の概略側断面図である。図2は、図1に示す等速自在継手を分解した分解斜視図である。 FIG. 1 is a schematic side sectional view of a constant velocity universal joint according to the present embodiment. FIG. 2 is an exploded perspective view of the constant velocity universal joint shown in FIG. 1.
図1及び図2に示すように、等速自在継手1は、入力軸2と出力軸3を屈曲可能に接続する。等速自在継手1は、例えば車両のプロペラシャフトや、ドライブシャフト等に用いられる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the constant velocity
等速自在継手1は、入力軸2に連結される筒状のアウターレース4と、アウターレース4内に収容されるインナーレース5と、アウターレース4及びインナーレース5間に介在される複数のボール6と、ボール6を保持するケージ7とを備える。
The constant velocity
ボール6は、鋼鉄等の金属にて真円球に形成される。
The
ケージ7は、筒状に形成されると共に、外周面7a及び内周面7bを球面状に形成される。また、ケージ7には、内周側に位置されるボール6の一部を外周側に突出させるためのボール窓7cが周方向に複数形成される。
The
アウターレース4は、軸方向の一端にフランジ4aを有する。フランジ4aは、入力軸2と締結される。なお、フランジ4aは、出力軸(図示せず)と締結されてもよい。この場合、後述するインナーレース5には、入力軸(図示せず)がスプライン嵌合される。アウターレース4の軸方向の他端には、ブーツ8が設けられる。また、アウターレース4の内周面4bは、軸方向両端の内径よりも軸方向中央の内径が大きくなるように形成される。
The
また、アウターレース4の内周面4bには、ケージ7の外周側に突出されるボール6を収容するための外周側トラック溝9が軸方向に延びて形成される。外周側トラック溝9は、アウターレース4の周方向に複数形成される。具体的には、外周側トラック溝9はアウターレース4の周方向に等間隔に複数個所形成される。これら外周側トラック溝9は、全て同じ形状(回転対称)に形成される。
Further, on the inner
アウターレース4の内周面4bと外周側トラック溝9は、図1に示すように、周方向から視た断面形状が円弧状に形成される。具体的には、アウターレース4の内周面4bを形成する円弧の中心を第1中心O4bとし、外周側トラック溝9を形成する円弧の中心を第2中心O9としたとき、第2中心O9は、第1中心O4bよりも軸方向においてフランジ4aに近接する方向にオフセットされる。
As shown in FIG. 1, the inner
図3、図5及び図6に示すように、外周側トラック溝9は、軸方向の正面方向から視た断面形状をゴシックアール状に形成される。本実施の形態において、ゴシックアール状とは、複数の円弧を組み合わせて概ね円弧状となっている形状をいい、特に、2つの円弧を重ね合わせた尖頭アーチ形状(ゴシックアーチ形状)部分を有するものをいう。
As shown in FIGS. 3, 5 and 6, the outer peripheral
外周側トラック溝9は、溝底部に形成されると共にゴシックアーチ状に形成されるゴシックアーチ部10と、ゴシックアーチ部10の周方向の両側に形成されると共に円弧状に形成される円弧部11とを備える。
The outer peripheral
ゴシックアーチ部10は、ボール中心Oを中心とする溝底中心BCからの角度(繋ぎ角度)θが20°以上35°以下の範囲内に形成される。
The Gothic
また、ゴシックアーチ部10を構成する2つの円弧面12の半径R1は、ボール6の半径Rより0.1%以上0.3%以下大きく設定される。
Further, the radius R1 of the two
またさらに、円弧面12の円中心O1は、ボール中心Oから溝幅方向Xにずれて配置されると共に、溝幅方向Xと直交する方向Yにおいてボール中心Oよりも溝底中心BCから離間された位置に配置される。ここで、円弧面12の円中心O1とは、円弧面12の半径R1における円の中心をいう。また、円弧面12の円中心O1は、溝幅方向において、溝底中心BCとボール中心Oを結ぶ線を境としてその円弧面12とは反対側に位置される。
Further, the circular center O1 of the
円弧部11は、ゴシックアーチ部10を構成する2つの円弧面12と同径または大径に形成される。すなわち、円弧部11の半径R2と、円弧面12の半径R1と、ボール6の半径Rとの関係は、R2≧R1>Rである。ただし、円弧部11の半径R2とボール6の半径Rとの差は極僅かである。これにより、円弧部11とボール6とが接触したときの接点P(図7参照)は周方向に長い楕円状となり、半径R2と半径Rとの差が大きい場合よりもボール6と円弧部11との接触面積を大きくできる。
The
ゴシックアーチ部10を上述のように形成することにより、ゴシックアーチ部10とボール6とのクリアランス(バーチカルクリアランス)を十分確保しつつ、外周側トラック溝9の開口縁13からゴシックアーチ部10を遠ざけることができる。バーチカルクリアランスは、潤滑油を溜める油溜めとして機能する。
By forming the Gothic
図8に示す比較例のように、仮にゴシックアーチ部10が外周側トラック溝9の開口縁13に近接されている場合、円弧部11の周方向の寸法は小さくなる。この場合、トルクを受けたボール6が円弧部11にせり上がると、面圧が高い接点Pの中心PCが急激に外周側トラック溝9の開口縁13に接近することとなり、開口縁13の面圧が急激に高まる。そしてさらに、ボール6と円弧部11との接点Pは、周方向に長い楕円形であることから、円弧部11外にはみ出し易くなる。接点Pが円弧部11外にはみ出した場合、接点Pの面積が狭くなり、接点P全体で面圧が高まり、外周側トラック溝9の開口縁13近傍に応力集中が発生し易くなる。
As in the comparative example shown in FIG. 8, if the Gothic
しかし、本実施の形態に係る等速自在継手1は、外周側トラック溝9の開口縁13からゴシックアーチ部10を遠ざける。このため、図7に示すように、ボール6が円弧部11にせり上がった場合でも、接点Pの中心PCが急激に外周側トラック溝9の開口縁13に接近することを抑制でき、開口縁13の面圧が急激に高まることを防止又は抑制できる。そして、接点Pが円弧部11からはみ出すことを抑制でき、外周側トラック溝9の開口縁13近傍に作用する面圧が更に高まることを抑えることができ、外周側トラック溝9の開口縁13近傍に応力集中が発生し易くなることを防止又は抑制できる。
However, the constant velocity
図1、図2及び図4に示すように、インナーレース5は、概ね筒状に形成される。インナーレース5の内周面5aには、出力軸3とスプライン嵌合されるスプライン溝14が周方向に複数形成される。インナーレース5の外周面5bは、軸方向両端よりも軸方向中央の外径を大きく形成される。インナーレース5の外周面5bには、ケージ7の内周側に位置されるボール6を収容するための内周側トラック溝15が軸方向に延びて形成される。内周側トラック溝15は、インナーレース5の周方向に複数形成される。具体的には、内周側トラック溝15は周方向に等間隔に複数個所(外周側トラック溝9と同数)形成される。これら内周側トラック溝15は、全て同じ形状(回転対称)に形成される。
As shown in FIGS. 1, 2 and 4, the
インナーレース5の外周面5bと内周側トラック溝15は、図1に示すように周方向から視た断面が円弧状に形成される。具体的には、内周側トラック溝15を形成する円弧の中心を第3中心O15とした場合、第3中心O15は、第1中心O4bよりも軸方向においてフランジ4aから離間する方向(第2中心O9とは逆方向)にオフセットされる。
As shown in FIG. 1, the outer
図4、図5及び図6に示すように、内周側トラック溝15は、軸方向の正面方向から視た断面形状をゴシックアール状に形成される。内周側トラック溝15は、外周側トラック溝9と対をなすように外周側トラック溝9と同数形成される。また、内周側トラック溝15は、対向する外周側トラック溝9に対して半径方向内側に対称に形成される。
As shown in FIGS. 4, 5 and 6, the inner peripheral
内周側トラック溝15は、溝底部に形成されると共にゴシックアーチ状に形成されるゴシックアーチ部16と、ゴシックアーチ部16の周方向の両側に形成されると共に円弧状に形成される円弧部17とを備える。
The inner peripheral
ゴシックアーチ部16は、ボール中心Oを中心とする溝底中心BCからの角度(繋ぎ角度)θが20°以上35°以下の範囲内に形成される。
The Gothic
また、ゴシックアーチ部16を構成する2つの円弧面18の半径R1は、ボール6の半径Rより0.1%以上0.3%以下大きく設定される。
Further, the radius R1 of the two
またさらに、円弧面18の円中心O1は、ボール中心Oから溝幅方向Xにずれて配置されると共に、Y方向においてボール中心Oよりも溝底中心BCから離間された位置に配置される。また、円弧面18の円中心O1は、溝幅方向において、溝底中心BCとボール中心Oを結ぶ線を境としてその円弧面18とは反対側に位置される。
Further, the circular center O1 of the
円弧部17は、ゴシックアーチ部16を構成する2つの円弧面18より大径に形成される。
The
ゴシックアーチ部16を上述のように形成することにより、ゴシックアーチ部16とボール6とのクリアランス(バーチカルクリアランス)を十分確保しつつ、内周側トラック溝15の開口縁19からゴシックアーチ部16を遠ざけることができる。
By forming the Gothic
これにより、図7に示すように、トルクを受けたボール6が円弧部17にせり上がった場合でも、接点Pの中心PCが急激に内周側トラック溝15の開口縁19に接近することを抑制でき、開口縁19の面圧が急激に高まることを防止又は抑制できる。そして、接点Pが円弧部17からはみ出すことを抑制でき、内周側トラック溝15の開口縁19近傍に作用する面圧が更に高まることを抑えることができ、内周側トラック溝15の開口縁19近傍に応力集中が発生し易くなることを防止又は抑制できる。
As a result, as shown in FIG. 7, even when the
以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示は以下のような他の実施形態も可能である。 Although the embodiments of the present disclosure have been described in detail above, the present disclosure may also include the following other embodiments.
(1)上述の実施の形態では、等速自在継手1が、インナーレース5がアウターレース4に対して軸方向に移動不能な固定式等速自在継手である場合について説明したが、これに限るものではない。等速自在継手1は、インナーレース5がアウターレース4に対して軸方向に移動可能な摺動式等速自在継手であってもよい。
(1) In the above-described embodiment, the case where the constant velocity
(2)出力軸3はインナーレース5にスプライン嵌合されるものとしたが、これに限るものではない。例えばインナーレース5は出力軸3と溶接等にて一体に設けられるものであってもよい。この場合、インナーレース5は、円柱状に形成されてもよい。
(2) The output shaft 3 is spline-fitted to the
(3)内周側トラック溝15及び外周側トラック溝9の両方にゴシックアーチ部10、16が形成されるものとしたが、いずれか一方のみにゴシックアーチ部10、16が形成されるものとしてもよい。この場合、他方は正面から視た断面形状を円弧状に形成されるとよい。
(3) It is assumed that the Gothic
(4)入力軸2がアウターレース4に接続され、出力軸3がインナーレース5に接続されるものとしたが、逆に入力軸2がインナーレース5に接続され、出力軸3がアウターレース4に接続されてもよい。
(4) The input shaft 2 is connected to the
前述の各実施形態の構成は、特に矛盾が無い限り、部分的にまたは全体的に組み合わせることが可能である。本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。 The configurations of each of the above embodiments can be partially or wholly combined, as long as there is no particular contradiction. The embodiments of the present disclosure are not limited to the above-described embodiments, and all modifications, applications, and equivalents included in the ideas of the present disclosure defined by the scope of claims are included in the present disclosure. Therefore, this disclosure should not be construed in a limited way and may be applied to any other technique that belongs within the scope of the ideas of this disclosure.
1 等速自在継手
4 アウターレース
4b アウターレースの内周面
5 インナーレース
5b インナーレースの外周面
6 ボール
7 ケージ
9 外周側トラック溝
10 ゴシックアーチ部
11 円弧部
12 円弧面
15 内周側トラック溝
16 ゴシックアーチ部
17 円弧部
18 円弧面
BC 溝底中心
O ボールの中心
O1 円弧面の中心
R ボールの半径
R1 円弧面の半径
R2 円弧部の半径
1 Constant velocity
Claims (4)
前記内周側トラック溝及び前記外周側トラック溝の少なくともいずれか一方は、溝底部に断面ゴシックアーチ状に形成されるゴシックアーチ部と、前記ゴシックアーチ部の両側に断面円弧状に形成され前記ゴシックアーチ部と前記一方の開口縁との間に位置される円弧部とを備え、
前記ゴシックアーチ部は、ボール中心を中心とする溝底中心からの角度が20°以上35°以下の範囲内に形成され、
前記ゴシックアーチ部を構成する2つの円弧面の半径が、前記ボールの半径より0.1%以上0.3%以下大きく設定され、
前記円弧部の半径は、前記円弧面の半径より大きく形成された
ことを特徴とする等速自在継手。 An outer race that is formed in a cylindrical shape and has an outer peripheral side track groove that extends in the axial direction on the inner peripheral surface, and an inner race that is housed in the outer race and has an inner peripheral side track groove that extends in the axial direction on the outer peripheral surface. A constant-velocity universal joint including a ball accommodated in the inner peripheral side track groove and the outer peripheral side track groove.
At least one of the inner peripheral side track groove and the outer peripheral side track groove has a Gothic arch portion formed in a Gothic arch shape at the bottom of the groove and a Gothic arch portion formed in both sides of the Gothic arch portion in a circular arc shape. It is provided with an arc portion located between the arch portion and one of the opening edges .
The Gothic arch portion is formed within an angle of 20 ° or more and 35 ° or less from the center of the groove bottom centered on the center of the ball.
The radius of the two arcuate surfaces constituting the Gothic arch portion is set to be 0.1% or more and 0.3% or less larger than the radius of the ball.
The radius of the arc portion is formed to be larger than the radius of the arc surface.
A constant velocity universal joint that is characterized by this.
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